GGH吹灰器的設計與優(yōu)化

符琦弘

（上?？巳R德·貝爾格曼機械有限公司，上海200090）

GGH吹灰器的設計與優(yōu)化

符琦弘

（上?？巳R德·貝爾格曼機械有限公司，上海200090）

我國對環(huán)保問題日趨重視，火電廠紛紛上馬脫硫項目。在國內(nèi)電廠的煙氣脫硫系統(tǒng)中，普遍安裝了GGH吹灰器。目前市場上的GGH吹灰器常常存在煙氣泄漏、提升閥和吹灰外管的使用壽命低、吹灰效果不理想等問題。通過分析，針對正壓風系統(tǒng)、吹灰器噴嘴頭、開關閥裝置等方面的問題，提出了優(yōu)化設計的思路和方向。

電廠；環(huán)保；脫硫；GGH；吹灰器；噴嘴；設計；優(yōu)化

0 概 述

為了保護環(huán)境，減少有害氣體排放，針對火電廠的污染物排放，我國出臺了一系列的標準，其中當然包括SO2的排放。因此，近年來火電廠紛紛上馬脫硫項目，其中應用最廣泛的是技術(shù)成熟、運行可靠的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝。

在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，經(jīng)吸收塔凈化后的凈煙氣溫度一般為45～55℃，已經(jīng)低于酸露點，容易因冷凝而產(chǎn)生腐蝕性酸液。同時，排煙溫度的降低還造成近距離的環(huán)境污染。為此，國內(nèi)火電廠普遍在濕法脫硫后設置氣-氣換熱器（GAS -GAS HEATER），簡稱為GGH換熱器。通過凈煙氣與GGH蓄熱元件的熱交換，提高煙氣排放溫度。

安裝GGH后，又產(chǎn)生了新的問題。在GGH設備內(nèi)，原煙氣中的MgO、ZnO等金屬氧化物，與附著于GGH壁面上凈煙氣的冷凝酸反應，生成MgSO4，ZnSO4等堅硬的固體結(jié)垢；凈煙氣中的石灰石漿液與原煙氣側(cè)的SO2、SO3反應后，也會生成CaSO3、CaSO4結(jié)垢。這些固體結(jié)垢不斷沉積在換熱元件的表面，將形成很難處理的硬垢，最終造成換熱元件的堵塞。GGH設備堵塞后降低了設備的實際使用效率，增加了能源消耗。嚴重時，煙道將被徹底堵塞，影響了鍋爐的安全運行。

為減緩GGH結(jié)垢，國內(nèi)電廠普遍安裝了GGH吹灰器，采用蒸汽、空氣、高壓水進行吹掃，延緩GGH的堵塞。由于GGH結(jié)垢的特殊性，現(xiàn)有的各種GGH吹灰器均不能達到很好的效果。一般情況下，GGH運行3～4個月，就會產(chǎn)生嚴重的堵塞。必須停機對設備進行檢修和沖洗，降低了機組的投運率。因此，有必要分析GGH吹灰器實際的使用工況，并在已有的基礎上重新進行優(yōu)化設計。

1 優(yōu)化設計的思路

現(xiàn)從正壓風系統(tǒng)、GGH吹灰器噴嘴、高壓水軟管、吹灰槍管選材、提升閥開關閥裝置等五個方面，提出了設計優(yōu)化的思路和方案。GGH吹灰器的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

圖1 GGH吹灰器的結(jié)構(gòu)

1.1 正壓風系統(tǒng)

由于GGH設備內(nèi)的煙氣為正壓，如無特別的密封措施，煙氣肯定會外泄。泄漏的煙氣不僅使吹灰器的工作環(huán)境變得十分惡劣，還嚴重影響了吹灰器的使用壽命。針對這種情況，吹灰器一般都備有一套正壓風機系統(tǒng)，以確保煙氣不會外泄。吹灰器與GGH設備的連接形式，如圖2所示。含S腐蝕煙氣的流入路徑，如圖3所示。

圖2 吹灰器與GGH設備的連接

圖3 腐蝕煙氣的流入路徑

1.2 需要正壓風保護的位置

在GGH吹灰器上，需要正壓風系統(tǒng)保護的位置共有兩處。當GGH吹灰器運行時，吹灰外管跟聯(lián)接箱之間存在相對運動。所以，煙氣很容易從吹灰外管和聯(lián)接箱之間的縫隙中泄漏。實踐證明，即使有風機系統(tǒng)不間斷的送風，也要使用為正壓環(huán)境專門設計的“迷宮”型聯(lián)接箱，才能確保將煙氣泄漏控制在較低水平。該處一旦發(fā)生煙氣泄漏，現(xiàn)場操作人員能即時發(fā)現(xiàn)，所以，在及時處置后，并不至于對系統(tǒng)造成嚴重后果。

吹灰器停用后，外管上的噴嘴仍然留在GGH設備內(nèi)，煙氣會通過噴嘴，向吹灰器后部的提升閥位置流動，如圖3所示，所以，該處也需要正壓風的保護。GGH設備內(nèi)的煙氣含硫，且煙溫不高，有可能因結(jié)露而產(chǎn)生腐蝕性的硫酸、亞硫酸液。雖然不銹鋼的防腐蝕能力較強，但在高溫下（吹掃介質(zhì)為高溫過熱蒸汽），不銹鋼的許用應力并不理想，所以，不宜采用不銹鋼制造吹灰器的提升閥。采用耐熱合金鋼提升閥的防腐蝕性能較差，如不在提升閥位置設置正壓系統(tǒng)，進行不間斷的送風，提升閥很快就會因腐蝕而出現(xiàn)內(nèi)漏等問題。

此外，需在提升閥上配備空氣閥。當提升閥打開，GGH吹灰器開始吹掃時，空氣閥將處于關閉狀態(tài)，確保送風被封閉，以免吹掃介質(zhì)（蒸汽、壓縮空器、水）沿著正壓風系統(tǒng)管路倒灌，損毀風機。當吹灰器處于停用狀態(tài)時，應該確保風機的送風能順利通過空氣閥，起到保護提升閥的作用。

1.3 正壓風系統(tǒng)的風機和管路

為了保證GGH吹灰器前部的聯(lián)接箱和后部的提升閥都能得到充足的風量，必須配置足夠強大的風機。根據(jù)目前各電廠GGH吹灰器的實際使用情況，普遍采用的是風量不足3 m3/min的風機。所以，推薦使用風量能達到5.5 m3/min、功率為2.2 kW的大風機。風機的布置形式，如圖4所示。

另外，在分別通往聯(lián)接箱和提升閥的管路上，應設置手動球閥，通過調(diào)整球閥的開度，決定風量的分配。由于各GGH設備的運行狀況和GGH吹灰器及其風機安裝位置的差異，這種開度的調(diào)整只能是根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整。如果聯(lián)接箱內(nèi)的煙氣有泄漏，可以馬上感知，但煙氣是否已流入提升閥卻很難馬上判別。所以，在提升閥管路上設置了三通接頭，只要取下三通上的堵頭，就能馬上判別是否有足夠的風量去壓制GGH煙氣的流入，起到保護提升閥的作用。

圖4 風機的布置形式

GGH設備本體就帶有正壓風系統(tǒng)，如果能直接使用是最好的，但是，由于其它設備可能已經(jīng)占用了不少風量（比如聲波吹灰器），實際上已沒有足夠的風量可以使用（有時僅剩2～3 m3/min）。如果是改造項目，現(xiàn)場提供風機的電源比較有限，只能滿足風量不到3 m3/min的小風機使用。此時，僅需完全關閉提升閥管路上的球閥，讓風機全力滿足聯(lián)接箱需要。另外再使用GGH設備本身剩余的正壓風，滿足提升閥密封的需要。這樣，依然能保證GGH吹灰器能得到足夠的風量。

2 GGH吹灰器噴嘴頭設計

根據(jù)吹掃效果的需要，現(xiàn)在的GGH設備至少能用兩種吹掃介質(zhì)。通過GGH吹灰器提升閥進入的吹掃介質(zhì)一般是過熱蒸汽或壓縮空氣（根據(jù)需要還能接入低壓水），另外GGH吹灰器還有一路高壓水接口（10 MPa以上），接入高壓水后，就能提供高壓水吹掃。

噴嘴的設計必須兼顧蒸汽（壓縮空氣）噴嘴和高壓水噴嘴。蒸汽的吹掃效果除了和汽源的蒸汽參數(shù)有關，同時也與噴嘴的設計有很大關系。查閱相關文獻可知，直徑小于10 mm噴嘴的吹掃效果有限。對于高壓水噴嘴而言，為了適應在線吹掃（GGH換熱元件作回轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)），必須將噴嘴設計成雙排并列，這是因換熱元件外緣的線速度高，造成單排噴嘴的吹掃效果不理想。噴嘴雙排的布置形式，如圖5（a）所示。

在有些設計方案中，曾將高壓水噴嘴置于蒸汽（或壓縮空氣）噴嘴上方的懸空位置，這種設計方案，可使高壓水噴嘴利用蒸汽噴嘴的孔噴射高壓水，如圖5（b）所示。但這種設計使得維護高壓噴嘴較困難，更麻煩的是，用蒸汽吹掃時，蒸汽會沿著高壓水管路倒灌，對整條高壓管路上的元器件構(gòu)成很大威脅，降低了使用壽命。所以，新的設計方案必須將高壓水噴嘴與蒸汽（或壓縮空氣）噴嘴分開布置。

圖5 噴嘴的布置形式

新的設計方案中，如選用直徑大于10 mm的蒸汽（壓縮空氣）噴嘴，加上雙排的高壓水噴嘴，安裝噴嘴的外管直徑不能太小，否則在布置上會顯得局促，至少需選用管徑為114 mm的管子，才有足夠的放置空間。還需要注意的是，根據(jù)GGH吹灰器的運行模式，一般是采取直進步退的方式。具體地說，當吹灰器運行時（無論高壓水還是蒸汽或壓縮空氣），吹灰外管首先前進到GGH設備最內(nèi)側(cè)靠近回轉(zhuǎn)中心筒的位置，才開始吹掃，每隔一個GGH換熱器旋轉(zhuǎn)周期，后退一步，直至完成整個受熱面的吹掃。假設蒸汽吹掃行程是7 000 mm，每次吹掃后步退50 mm，旋轉(zhuǎn)周期是1 min，那么工作的總時間就應該是7000/50×1=140 min。設計噴嘴的軸向覆蓋范圍越大，每次步退的距離就越長。也就是說，在吹灰外管的軸向位置上，布置的噴嘴越多，對減少工作時間越有利，但所需吹掃介質(zhì)的流量就越大。以350℃蒸汽吹掃壓力1.0 MPa計算，4個直徑10 mm噴嘴的蒸汽耗量不超過60 kg/min，這樣的消耗量完全可以接受。關鍵還在于高壓水吹掃時，當采用6個直徑1.5 mm的高壓水噴嘴，吹掃壓力為20MPa進行吹掃，可計算所需的水量約為7.5 t/h。8個同樣的噴嘴，采用同樣的吹掃壓力，就需要超過10 t/h的水量?？紤]到大流量水泵的采購資金及耗水量較大，所以，建議選用6個噴嘴的設計方案。

3 高壓水軟管的選擇

對于高壓水軟管的設計，看似容易，其實牽涉的面很廣。為取得更好的吹掃效果，要求采用更高壓力的高壓水，因此，要求選用耐壓等級較高的軟管。為了保證高壓水軟管能在GGH吹灰器內(nèi)正常進退，其彎曲半徑就不能太大，但高壓軟管的內(nèi)徑較細，所需的彎曲半徑相對較大，細管內(nèi)的流體（高壓水）速度越快，沿程壓力損失也越大。較高的吹掃壓力，意味著必須選用高壓及大流量水泵。

其實，采用太高的吹掃壓力對GGH設備進行吹掃未必有效，這是因GGH設備內(nèi)換熱元件的結(jié)構(gòu)限制造成的。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，吹掃壓力只要能達到20 MPa（200 bar），就有很好的吹掃效果，再提升吹掃壓力的效果很有限。根據(jù)吹灰器的結(jié)構(gòu)，選擇壓力等級和彎曲半徑較大的高壓水軟管，建議選擇01型鋼絲纏繞液壓膠管。型號規(guī)格可選902-25-2S-21、902-22-2S-24、902-25-4S-35、902 -22-4S-41。這些高壓軟管的彎曲半徑約為360 mm，承壓超過20 MPa（200 bar）。

對于煙氣倒灌的問題，不僅存在于GGH吹灰器后部的提升閥，同樣也存在于高壓水管路。煙氣腐蝕會降低軟管的使用壽命，因此，需在通往高壓水噴嘴的硬管和高壓水軟管的聯(lián)接處配置煙氣逆止閥，如圖6所示。當采用高壓水進行吹掃時，煙氣逆止閥打開，讓水流通過，停止吹掃時，關閉的煙氣逆止閥阻斷了含硫煙氣的流入。

圖6 通往高壓水噴嘴的硬管和高壓水軟管聯(lián)接處的煙氣逆止閥

4 吹灰外管

對于GGH吹灰器的吹灰外管設計是個難點。吹灰外管不僅要承受GGH設備內(nèi)煙氣的腐蝕，對于全伸縮式GGH吹灰器而言，還要在高溫下保持一定的剛度。高溫并非是指GGH設備內(nèi)的煙氣溫度（約150℃），而是指吹掃介質(zhì)為蒸汽時的承受溫度。常用的吹灰外管材料有2種，選用哈氏合金C22或不銹鋼316L作為吹灰外管材料。哈氏合金C22材料的性能非常優(yōu)越，但價格昂貴。用戶往往從成本考慮，要求采用316L作為吹灰外管的材料。

常用的316L吹灰管外徑為?114 mm，吹灰管的行程7 000 mm，因管壁不同及伸出長度的不同，其撓度也各不相同。從圖7可知，壁厚為6 mm時，吹灰外管的頂端撓度約為180 mm。從圖8可知，壁厚為10 mm時，吹灰外管的頂端撓度約為160 mm。圖9所示是吹灰外管伸出長度約1/3，壁厚為10mm，或吹灰外管伸出長度約2/3，壁厚為6 mm時，吹灰外管伸出后的撓度，從圖9可知，吹灰外管的頂端撓度約為120 mm。

圖7 吹灰管壁厚為6mm時全部伸出后的撓度

圖8 吹灰管壁厚為10mm時全部伸出后的撓度

圖9 不同壁厚及伸出長度時吹灰外管的撓度

以上數(shù)據(jù)通過計算而得，并在現(xiàn)場運行中得到確認。由此可知，對于316L的吹灰外管（?114 mm），即使調(diào)整壁厚，也很難改善外管的撓度問題。

吹灰外管撓度過大會帶來很大問題，最直接的就是在回退過程中被卡死?？梢钥隙?，吹灰外管的撓度過大，是因為在高溫環(huán)境下，材料的彈性模量下降導致的。如果吹掃介質(zhì)不是高溫蒸汽，吹灰外管是可選用316L材料的。據(jù)冷態(tài)測試，行程7 000 mm的吹灰外管，外徑為?114 mm，壁厚為6 mm，頂端撓度可控制在80 mm內(nèi)。

如果用高溫蒸汽作為吹掃介質(zhì)，那么吹灰外管不宜采用316L材料。目前投運的GGH吹灰器，外管采用的是哈氏合金C22，該材料的耐腐蝕性能和剛性都讓人滿意。因此，對GGH吹灰器的吹灰外管而言，最合適的材料仍然是哈氏合金C22。采用哈氏合金的吹灰外管的工作范圍，如圖10所示。

圖10 采用哈氏合金吹灰外管伸出的工作范圍

5 提升閥開關閥裝置

GGH吹灰器有兩路不同的管道，可用兩種以上的吹掃介質(zhì)。一路通過提升閥，接入噴嘴頭的是蒸汽或壓縮空氣，另一路通過高壓水軟管，接入噴嘴頭的是高壓水。高壓水吹掃的啟停，可由GGH吹灰器高壓水管路的電動截止閥進行控制。GGH吹灰器蒸汽或壓縮空氣吹掃的啟停，則由配置的提升閥進行控制。不能使用普通的電動截止閥，普通的截止閥從收到電信號到關閉閥門，需要幾十秒的時間，對于過熱蒸汽等比較危險的介質(zhì)，必須選用啟閉迅速的閥門。

傳統(tǒng)的提升閥是依靠機械動作實現(xiàn)閥門的啟閉，由于執(zhí)行可靠，成本低廉，這種閥門在鍋爐本體的爐膛吹灰器、長伸縮吹灰器、半伸縮吹灰器上得到廣泛使用。但這種閥門的缺點是只能固定在某個位置，待吹灰器行走到位后才打開提升閥，然后需等吹灰器回退到某個位置后，才關閉提升閥。對于需精確吹掃GGH換熱面的場合中使用并不理想。所以，對于GGH吹灰器而言，需選用啟閉迅速并能精確控制開關位置的提升閥。

利用氣缸和電磁閥（二位置）的氣動執(zhí)行機構(gòu)，配合安裝有彈簧的提升閥，再加上相關的程控裝置，就構(gòu)成了一套簡潔可靠的開關閥裝置，如圖11所示。GGH吹灰器運行后，程控裝置開始計算時間。到達開閥的時間點，程控設備發(fā)出電信號，電磁閥動作，壓縮空氣被充入氣缸，氣缸連桿動作后帶動杠桿，克服提升閥上彈簧的預緊力，提升閥被打開。運行至關閥時間點后，程控設備發(fā)出電信號，電磁閥動作，切斷通往氣缸的壓縮空氣，打開泄氣孔，提升閥上彈簧將杠桿推開，閥門被關閉。

圖11 可程控的提升閥裝置

類似的設計方案，在國外電廠的吹灰系統(tǒng)中已被廣泛應用。國內(nèi)對成本的考慮較多，暫時還沒有推廣。但對于GGH吹灰器而言，一套氣動開關閥裝置的成本，僅占吹灰器整機成本的2%～3%，成本壓力不大，是完全可以接受的。

6 結(jié) 語

針對國內(nèi)電廠GGH吹灰器的結(jié)垢問題，提出了優(yōu)化吹灰器的設計方案。根據(jù)吹灰器的運行特點進行了分析，對現(xiàn)有GGH吹灰器的噴嘴、軟管配置及管路設計，重新進行了優(yōu)化設計，提高了吹灰器的投運率。

［1］王新剛.煙氣換熱器在電廠脫硫系統(tǒng)中的應用［J］.山西建筑，2008，34（15）：162-163.

［2］姜立清.板式換熱器結(jié)垢的原因分析、清洗及保護方法［J］.黑龍江信息科技，2008（10）：15.

［3］闞兆新，羅春雨.換熱器發(fā)生結(jié)垢的原因分析及處理方法［J］.齊齊哈爾大學學報：自然科學版，2008，24（3）：66-67.

簡訊

中國核電的發(fā)電量同比增加近兩成

據(jù)中國核能行業(yè)協(xié)會發(fā)布《2014年全國核電運行情況報告》，2014年中國核電發(fā)電量同比上升18.89%，上網(wǎng)電量同比上升18.8%，核電基本面轉(zhuǎn)好的趨勢明顯。

2014年，中國核電發(fā)電量和上網(wǎng)電量繼續(xù)保持上升趨勢。報告顯示，截至2014年底，中國投入商業(yè)運行的核電機組共達22臺，總裝機容量為20305.58兆瓦，約占全國電力總裝機容量的1.49%。

2014年，中國共有5臺核電機組投入商業(yè)運行，分別是陽江核電廠1號機組、寧德核電廠2號機組、紅沿河核電廠2號機組、福清核電廠1號機組與方家山核電廠1號機組。預計在2015年，至少將有5臺機組投入商運。據(jù)中廣核2015年度新聞發(fā)布會披露的信息，2015年中廣核預計將有5臺新機組投入運行，分別為紅沿河核電3號、4號機組，寧德核電3號機組，陽江核電2號機組和防城港核電1號機組。

根據(jù)最新的核電發(fā)展規(guī)劃，至2020年，中國核電在運機組為5800萬千瓦，在建機組為3000萬千瓦。以此計算，在2015～2020年的6年間，需新建裝機4000萬千瓦，每年平均需要開工6臺機組。

目前，中國核電技術(shù)正處于二代向三代過渡期，2016年之后，隨著AP1000等技術(shù)的不斷成熟，核電將迎來大發(fā)展。未來10年，核電建設的年投資規(guī)模，預計將達700億元。

摘自上海電氣電站設備有限公司電站輔機廠技術(shù)部《信息簡訊》第196期

Design and Optimization of GGH Soot-blower

FU Qi-hong
（Shanghai Clyde Bergemann Machinery Co.，Ltd.，Shanghai 200090，China）

Desulfurization projects have been carried out in thermal power plant because of the increasing emphasis of the government on environmental issues.Generally GGH soot blower is installed in domestic power plant flue gas desulfurization system.Currently on the market of GGH soot blower，problems smoke leakage，short life of poppet valve and soot blowing outer tube，unsatisfactory soot blow effect and other often occur.Ideas and direction of design optimization have been put forward through analysis for the settings of positive pressure air system，soot blower nozzle head，switching valve device and other aspects.

power plant；environmental protection；desulfurization；GGH；soot-blower；nozzle；design；optimization

TK284.4

：A

1672-0210（2015）01-0040-05

2014-11-10

符琦弘（1985-），男，大學本科，畢業(yè)于上海理工大學，從事火電鍋爐吹灰器系統(tǒng)設計及設備優(yōu)化方面的工作。